第1章发酵工程知识梳理-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1章　发酵工程

第1节　传统发酵技术的应用

[晨读必背]

1.发酵：指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。

2.直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，称为传统发酵技术。传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。

3.腐乳制作的原理：豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收。多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。

4.泡菜的制作离不开乳酸菌。

(1)乳酸菌是一种厌氧细菌，在无氧的条件下能将葡萄糖分解为乳酸，反应简式为：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量

(2)制作传统泡菜利用了植物表面天然的乳酸菌来进行发酵，也可加入“陈泡菜水”，其目的是接种乳酸菌(增加发酵菌种数量)，加快发酵进程。

(3)制作泡菜时，向泡菜坛的坛盖边沿的水槽中注满水，目的是创造无氧环境。

5.制作泡菜的注意事项

(1)用于制作泡菜的蔬菜应新鲜：若蔬菜放置时间过长，蔬菜中的亚硝酸盐含量相对较高。

(2)注意控制食盐的用量：盐的用量过高，乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；用量过低，杂菌易繁殖，导致泡菜变质。

(3)盐水要煮沸冷却后再用：煮沸是为了除去水中的氧气和杀灭盐水中的杂菌，冷却是为了避免高温杀灭乳酸菌。

(4)控制严格的厌氧条件：选择合理的发酵容器，装坛时压实且使盐水没过全部菜料，封坛时坛盖边沿的水槽中要注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境；发酵期间不宜开盖，发酵过程中要注意经常向水槽中补充水。

(5)控制适宜的发酵温度和时间：温度偏高有利于有害菌活动，偏低不利于乳酸菌发酵。发酵时间过短，细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加；发酵时间过长，可能产生其他有害物质，且乳酸含量高，口味不佳。

6.果酒和果醋的制作原理

(1)果酒的制作原理

果酒的制作离不开酵母菌。酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下其进行有氧呼吸，大量繁殖；在无氧条件下能进行无氧呼吸(酒精发酵)。反应简式为：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。

温度是影响酵母菌生长的重要因素。酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃，果酒制作时一般将温度控制在18～30 ℃。

(2)果醋的制作原理

果醋的制作利用的是醋酸菌发酵。醋酸菌是一种好氧细菌，多数醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃。只有当氧气充足时，醋酸菌才能进行旺盛的生理活动。当氧气、糖源都充足时，醋酸菌会将糖分解成乙酸，反应简式如下：

C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2CO2＋2H2O＋能量

当缺少糖源时，醋酸菌直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸，反应简式如下：

C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量

(3)操作提示

①材料的选择与处理：选择新鲜的葡萄，榨汁前先冲洗后去枝梗，以防葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。自然发酵时不要反复冲洗葡萄，如果冲洗次数过多，会使酵母菌数量减少，发酵周期延长。

②葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3的空间，目的是先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，同时可防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。

③酒精发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置，如瓶子，每隔12 h左右拧松瓶盖一次，进行排气，此后再拧紧瓶盖。

④防止发酵装置被杂菌污染的措施：发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用。

⑤由酒精发酵改为醋酸发酵时应将温度由18～30 ℃调节为30～35 ℃，同时不断充气，保持有氧环境。

7.果酒与果醋制作结果分析与评价

(1)发酵液的变化

①产气和产热：发酵过程中会放出气体和热量，所以应及时排气，并采取措施使酒精发酵的温度控制在18～30 ℃。

②颜色变化：在发酵过程中，随着酒精度数的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄

酒呈现深红色。

③菌体数量变化：果酒制作初期，酵母菌大量繁殖，数量增多；果醋制作时，只要条件适宜，醋酸菌数量就会增多。

(2)结果评价

①果酒制作：发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外，还可用显微镜观察酵母菌，并用酸性重铬酸钾检验酒精的存在。

②果醋制作：可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后发酵液的pH(可用pH试纸)作进一步的鉴定。此外，还可通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步的鉴定。

[易错易混]

(1)乳酸菌还可用于乳制品的发酵，如酸奶的制作，但含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶，因为抗生素能抑制乳酸菌的生长或杀死乳酸菌。

(2)泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步评定，还可以通过在显微镜下观察乳酸菌，比较不同时期泡菜坛中乳酸菌的含量来评定。

(3)有时泡菜坛中会长一层白膜，这是由产膜酵母的繁殖造成的。

(4)在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生酵母菌。

(5)在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。

(6)在变酸的酒表面通常会观察到一层菌膜，这层菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。

(7)发酵装置的设计

①充气口：

醋酸发酵时连接充气泵进行充气，在制作果酒时，应关闭充气口。充气管下端要插入到发酵液液面以下近瓶底处。

②排气口：在酒精发酵时用来排出CO2；在醋酸发酵时用来排出剩余的空气和醋酸菌代谢产生的CO2。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，以防止空气中微生物的污染。排气管下端离发酵液液面要有一段距离，外部要弯曲，并尽量保证管口向下。